DE2326960A1 - Wandler - Google Patents

Description

Wandler

Wandler, wie beispielsweise Lautsprecher und Mikrophone, die_r zur Umwandlung elektrischer Energie in lineare mechanische Bewegung und umgekehrt verwendet werden, weisen üblicherweise einen relativ großen stationären Permanentmagneten auf, der für eine Wechselwirkung mit einer bewegbaren elektrischen Spule gekoppelt ist, die mit einer derart angeordneten Membran oder Diaphragma verbunden Ist, daß», wenn die Spule bewegt wird, diese eine entsprechende Bewegung auf ₍die Membran oder das Diaphragma ausübt,, und wenn die Membran oder das Diaphragma bewegt wird, erteilt diese der Spule eine entsprechende Bewegung-. Wenn ein derartiger Wandler als das betätigende Element in einem Lautsprecher verwendet wird, wie er In Pernseh- und Radioempfängern /Anwendung findet, ist bei der Herstellung große Sorgfalt erforderlich, um richtige Toleransen. zwischen der sich bewegenden Spule und

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der Permanentmagnetstruktur sicherzustellen. Zusätzlich ist die Masse der sich bewegenden Spule wegen akustischer tonaler Ausgewogenheit spr ob lerne s'ehr kritisch.

Somit hat der konventionelle Wandler nicht nur technische Bedingungen, die erfüllt werden müssen, sondern er erfordert auch beträchtliche manuelle Einstellungen und Sorgfalt im Lauf der Herstellung. Er ist eine arbeitsintensive Komponente bei der Herstellung.

Die vorliegende Erfindung ist im weiteren Sinne auf eine Anordnung von Teilen in einem Wandler gerichtet, in der eine feststehende elektrische Spule für eine Wechselwirkung mit einem bewegbaren Permanentmagneten- gekoppelt ist, um ein der Spule aufgedrücktes elektrisches Signal in Bewegung des Permanentmagneten umzusetzen, wodurch das elektrische Signal in eine mechanische Bewegung umgewandelt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Permanentmagnet ein hohes Verhältnis von Moment zu Gewicht in bezug auf das Feld der elektrischen Spule auf. Magnete aus Kobalt und Seltenen Erden sind die bevorzugte Ausführungsform derartiger Permanentmagnete.

Die Erfindung wird nun mit. weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung von einem Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung und zeigt ein transversal magnetisiertes rechtwinkliges Magnetelement.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung von einem Wandler, der für eine axiale Magnetisierung sorgt, wobei der Permanentmagnet die Form eines Ringes aufweist, der eine 3öO°- Magnetisierung liefert.'

Fig. 3 ist ein· vereinfachtes Ausführungsbeispiel der in ^wig. 2 gezeigten Anordnung, bei dem ä.er Permanentmagnet ^r-:lt eines

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"Segment des Ringmagneten in Pig. 2 vergleichbar ist und tatsächlich ein Stabmagnet ist. Das'Aufhängesystern umfaßt ein elastisches Kissen bzw.. ein Dämpfungsglied zwischen dem Permanentmagneten und einem Polstück aus Stahl.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht von einem Wandler, der eine radiale Magnetisierung von 360° mit Rückleitpfad bildet.

Pig. 5 ist eine schematische Ansicht von einem Wandler, der dem in Fig. 4 gezeigten ähnlich ist_s außer daß es keinen Rückleitpfad gibt.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht von einem Wandler, in welchem ein Spulenpaar eine axiale Stoß-Zug-Magnetkraft auf einen Permanentmagneten ausübt.

Bei der Verwendung eines Permanentmagneten als das Element zur Umsetzung elektrischer Energie in mechanische Energie und umgekehrt, wie es bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, ist; es wichtig, daß der Permanentmagnet ein möglichst hohes Reak*- tionsmoment pro Gewichtseinheit in bezug auf ein äußeres Magnetfeld aufweist. Ein derartiges Moment ist 'das Produkt der Eigenmagnetisierung des Permanentmagneten und der Stärke des äußeren Feldes. Im Falle von Magneten aus Kobalt und Seltenen Erden hat ein sehr kurzes, schwer selbst entmagnetisierbares Volumen trotzdem nahezu den vollen Eigenmagnetisierungswert. Infolgedessen kann ein Permanentmagnetelement kleiner Masse des Kobalt-Seltene Erden-Typs eine sehr große Kraft oder Moment in einem äußeren Feld ausüben. -

Die Kobalt-Seltene Erden-Magnete, die die bevorzugten Permanentmagnete für eine Verwendung gemäß der.vorliegenden Erfindung sind, sind in den US-Patentschriften 3 501 358, 3 625 779, 3 655 463 und 3 655 464 beschrieben, die mit dieser Bezugnahme in die Offenbarung de.r vorliegenden Erfindung aufgenommen werden,

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Das Moment, das in einem Kobalt-Seltene Erden-Magnet pro Masseeinheit erzielbar ist., ist um einen Faktor von etwa 10 größer als bei älteren Permanentmagnetmaterialien, wie beispielsweise Alnico. Von den Seltenen Erden (Elemente 59 bis 72 der Periodischen Systems) hat mit Kobalt legiertes Samarium bis jetzt die größte Koerzitivkraft gezeigt. Jedoch können Mischungen von Seltenen Erden, die gewöhnlich unter der Bezeichnung "Mischmetall" veifiigbar sind, mit Kobalt legiert werden, um zufriedenstellende Permanentmagnete zur Durchführung der vorliegenden Erfindung zu erzeugen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung gehören Yttrium und Cer zu den Seltenen Erdelementen.

Die Figuren 1 bis 6 stellen typische Anordnungen der Teile der erfindungsgemäßen Wandler dar. In allen Figuren ist eine Membran oder ein Diaphragma 10, das gewöhnlich eine kreisförmige Konfiguration aufweist und kegelförmig sein, kann, physikalisch' mit einem Permanentmagneten 11 durch Mittel verbunden, die durch eine Linie 12 angedeutet sind. Eine Bewegung des Permanentmagneten 11 gibt der Membran 10 eine vergleichbare Bewegung und eine auf die Membran 10 ausgeübte Bewegung erteilt dem Permanentmagneten 11 eine vergleichbare Bewegung. Der Permanentmagnet 11 ist derart angeordnet, daß er mit einem externen Magnetfeld in Wechselwirkung tritt, das durch einen Elektromagneten erzeugt werden kann, der aus einem Kern 13 und einer Spule 14 besteht (s. Figuren 1 bis 4). Die Polarität der Permanentmagnete 11 ist mit den Buchstaben "N" und "S" bezeichnet. In Fig. 3 ist der Magnet 11 ein Stabmagnet, der an einem elastischen Kissen 15 befestigt ist_s das seinerseits, auf einem Polstück l6 angebracht ist.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Wandlers beispielsweise als Lautsprecher wird der Spule 14 ein elektrisches Signal zugeführt, um ein entsprechendes Magnetfeld zu erzeugen, das mit ' dem Permanentmagneten 11 in Wechselwirkung tritt. Diese Wechselwirkung mit dem Permanentmagneten 11 wandelt das elektrische Signal in eine entsprechende mechanische Bewegung bzw. Verschiebung in. dem Permanentmagneten 11 um. Diese Bewegung wird dann

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auf die Membran 10 übertragen, die einen Ton entsprechend dem elektrischen Signal aussendet, das der Spule Ik zugeführt ist.

Wenn der erfindungsgemäße Wandler als ein Mikrophon benutzt ■wird, wird die Membran 10 dazu gezwungen, in Resonanz mit auftreffenden Schallschwingungen zu schwingen. Dies erzeug'', eine Bewegung in dem Permanentmagneten 11, der ein entsprechendes Magnetfeld in dem Elektromagneten hervorruft, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das den Wandler über die Spule Ik. verläßt.

Die vorliegende Erfindung schafft starke Wechselwirkungen zwischen dem Feld des Permanentmagneten 11 und dem Feld des Elektromagneten, der durch den Kern 13 und die Spule 14 gebildet wird. Somit sind größere Toleranzen zwischen dem Permanentmagneten 11 und dem Kern 13 möglich, als dies bei dynamischen Lautsprechern mit sich bewegender Spule der ¹FaIl ist. Diese Toleranzen verbessern die Betriebssicherheit des Wandlers in bezug auf die Zeit und reduzieren die Herstellungskosten derartiger Vorrichtungen beträchtlich. Zusätzlich ist die feststehende Spule Ik nicht mehr in bezug auf das Gewicht begrenzt. Infolgedessen kann sie mit einer eine große Impedanz aufweisenden Wicklung ,versehen, sein und dadurch das Erfordernis für einen Koppeltransformator eliminieren. Ein Lautsprecher, der gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 aufgebaut war, ergab eine vergleichbare Schallausgangsleistung wie ein dynamischer Lautsprecher ähnliche!· Größe mit bewegter Spule.

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Claims (6)

1. Ansprüche

   fly- Wandler vor richtung, gekennzeichnet durch eine feststehende Spule (14) zur Erzeugung eines· elektromagnetischen Feldes und einen derart angeordneten bewegbaren Permanentmagneten (11), daß dieser mit dem elektromagnetischen Feld in Wechselwirkung tritt und eine elektromechanische Reaktion in dem Wandler erzeugt.
2. 2. Wandlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Permanentmagnet ein Kobalt-Seltene Erden-Magnet ist.
3. 3. Wandlervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Permanentmagnet ein Kobalt-Samarium-Magnet ist.
4. 4. Vorrichtung zur Umwandlung eines elektrischen,Signales in eine akustische Schallausgangsgröße, gekennzeich net durch eine feststehende elektrische Spule (!'?} zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes und einen derart angeordneten bewegbaren Permanentmagneten (11), daß dieser mit dem elektromagnetischen Feld in Wechselwirkung

   - tritt und in Abhängigkeit von dem elektrischen Feld bewegbar ist, das der feststehenden elektrischen Spule (14) aufgedrückt ist. ·
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Permanentmagnet ein Kobalt-Seltene Erden-Magnet ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch -4, dadurch g e -

   k e η η ζ e i c h n. e t , daß der Permanentmagnet ein Kobalt-Samarium-Magnet' ist.